Un objet d’une luminosité équivalente à 100 milliards de Soleils vient d’émerger des données du télescope spatial James Webb, tapi dans un recoin de l’univers tel qu’il existait 660 millions d’années seulement après le Big Bang. Les astrophysiciens ne savent pas encore ce qu’il est, et c’est précisément ce qui les fascine.
L’hypothèse la plus séduisante porte un nom qui ressemble à un oxymore cosmique, celui d’« étoile trou noir ». Le concept désigne un objet théorique, prédit depuis les années 2000, qui se serait formé dans les premières centaines de millions d’années de l’univers, quand le gaz primordial, essentiellement composé d’hydrogène et d’hélium, s’effondrait en structures colossales. Ces quasi-étoiles auraient abrité en leur cœur un trou noir en pleine croissance, nourri par l’enveloppe stellaire qui l’entourait, et rayonné avec une puissance défiant l’entendement. Personne n’en avait encore trouvé la moindre trace observationnelle… jusqu’à présent.
La candidate identifiée par James Webb présente un profil spectral qui ne correspond ni tout à fait à une galaxie compacte, ni à un quasar classique, ni à une étoile massive ordinaire. Sa signature lumineuse, captée dans l’infrarouge profond grâce aux instruments NIRSpec et MIRI du télescope, trahit une source extraordinairement concentrée et brillante, logée à un redshift supérieur à 8. À cette distance, observer un tel éclat revient à repérer un phare à travers treize milliards d’années-lumière de vide cosmique.
Deux scénarios rivaux se disputent l’explication. Le premier invoque un trou noir supermassif déjà formé, ce qui poserait un problème redoutable aux modèles standards de croissance, car assembler un tel monstre gravitationnel en si peu de temps exige des conditions extrêmes (accrétion super-Eddington, effondrement direct de nuages de gaz sans passer par la case stellaire). Le second scénario, celui de l’étoile trou noir, offre une voie intermédiaire, un objet hybride où le trou noir grandit à l’intérieur même de l’étoile géante, alimenté en continu, et produit cette luminosité phénoménale sans nécessiter des milliards d’années d’évolution préalable.
L’enjeu dépasse largement la classification d’un point lumineux sur un détecteur infrarouge. Comprendre comment les premiers trous noirs supermassifs ont pu atteindre des masses de plusieurs milliards de masses solaires avant le premier milliard d’années de l’univers reste l’une des énigmes les plus tenaces de la cosmologie contemporaine. Si l’objet détecté par Webb s’avère effectivement être une étoile trou noir, il fournirait le chaînon manquant entre les graines de trous noirs primitifs et les quasars géants observés à des époques à peine plus tardives.
Les équipes de recherche prévoient d’accumuler davantage de temps d’observation sur cet objet au cours des prochains cycles du télescope, en combinant imagerie haute résolution et spectroscopie fine pour tenter de distinguer la nature exacte de la source. La communauté scientifique se montre, du moins pour l’instant, prudemment enthousiaste, car James Webb a déjà bouleversé plusieurs certitudes sur l’univers jeune (galaxies trop massives, trop tôt, trop lumineuses) depuis le début de ses opérations scientifiques en juillet 2022.
Que cet astre soit une relique stellaire abritant un trou noir naissant ou un quasar précoce d’une voracité inédite, il rappelle une vérité que l’astronomie redécouvre à chaque génération d’instruments, à savoir que l’univers primitif était bien plus inventif que les théoriciens ne l’avaient imaginé.
